Солнечные вспышки способны «высасывать» электроны из ионосферы Земли

Последние исследования солнечных бурь указывают на то, что они не только могут создавать области чрезмерного электрического заряда в верхней атмосфере над полюсами Земли, но также могут делать совершенно противоположное: создавать области, которые почти обеднены электрически заряженными частицами. Данное открытие является настоящим прорывом в области изучения воздействия солнечных вспышек на Землю и, возможно, могут помочь усовершенствовать системы радиосвязи и навигации в районе Арктики. Результаты были опубликованы в журнале Radio Science.

Группа исследователей из Дании, Соединенных Штатов и Канады сделала это открытие во время изучения солнечного шторма, который достиг Земли 19 февраля 2014 года. Наблюдалось, что шторм воздействовал на ионосферу во всех северных широтах Земли. Его влияние на Гренландию было зафиксировано сетью глобальной навигационной спутниковой системы или станциями GNSS, а также геомагнитными обсерваториями и другими ресурсами. Аттила Коджати из Лаборатории реактивного движения NASAразработала программное обеспечение для обработки данных GNSS и помогла в обработке данных.

Солнечные бури зачастую выглядят как извержение на Солнце, называемое также корональным выбросом массы, или CME. Это обширное облако электрически заряженных частиц, выброшенных в космос, способное нарушить межпланетное магнитное поле нашей Солнечной системы. Когда эти частицы и магнитные возмущения сталкиваются с магнитным полем Земли, они взаимодействуют в серии сложных физических процессов и вызывают возмущения в магнитном поле Земли. Эти возмущения называются геомагнитными бурями. Взаимодействия могут создавать неустойчивые области избыточных электронов в ионосфере, — атмосферной области, начинающейся примерно в 80 км над поверхностью Земли, которая уже содержит ионы и электроны.

Выяснилось, что геомагнитная буря 2014 года была результатом двух мощных CME, ориентированных на Землю. Как обычно, буря изначально создавала области дополнительных электронов в ионосфере над северной Гренландией. Но к югу от этих пятен, к всеобщему удивлению ученых, были обнаружены обширные области (от 500 до 1000 километров), где электроны были «вычищены пылесосом» этих СМЕ. По словам ученого Пер Хога из Национального института космических исследований и Технического университета Дании, эти области оставались обедненными электронами в течение нескольких дней.

Электроны в ионосфере обычно отражают радиоволны обратно на уровень земли, обеспечивая возможность радиосвязи на большие расстояния. Электронное же истощение и рост электронов в этом слое могут привести к сбоям в радиосвязи, снижению точности GPS-систем, повреждению спутников и повреждению электрических сетей.

«Мы не знаем точно, что вызывает это истощение», — отметила Коджати. «Одно из возможных объяснений состоит в том, что электроны рекомбинируют с положительно заряженными ионами до тех пор, пока не возникнет избыточных электронов. Также может быть перераспределение — электроны смещаются и отталкиваются от области не только горизонтально, но и вертикально».